素混凝土樁復(fù)合地基在珠海橫琴軟土地基處理中的應(yīng)用

趙殿武

摘? 要：素混凝土樁復(fù)合地基具有強(qiáng)度高、施工工藝簡(jiǎn)單、工程造價(jià)低等特點(diǎn)，是軟土地基處理中常用的處理方式。以珠海橫琴濠江路道路工程為例，通過分析素混凝土樁對(duì)地基的作用機(jī)理，從承載力和地基沉降兩個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：素混凝土樁;復(fù)合地基;承載力;沉降量

中圖分類號(hào)：TU473.1? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）15-0171-02

Abstract： Plain concrete pile composite foundation has the characteristics of high strength， simple construction technology and low engineering cost， so it is a common treatment method in soft soil foundation treatment. Taking Haojiang Road Project in Hengqin New Area of Zhuhai City as an example， by analyzing the action mechanism of plain concrete pile on foundation， the design is conducted from two aspects of bearing capacity and foundation settlement.

Keywords： plain concrete pile; composite foundation; bearing capacity; settlement

引言

軟土是指天然含水率高、天然孔隙比大、抗剪強(qiáng)度低、壓縮性高的細(xì)粒土、包括淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭、泥炭質(zhì)土等。這類土的大部分處于飽和狀態(tài)，含有機(jī)質(zhì)，天然含水量大于液限，孔隙比大于1[1]。這類土作為地基壓縮量大，排水固結(jié)慢，沉降穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)，穩(wěn)定性差，一旦受到擾動(dòng)，強(qiáng)度明顯降低，甚至成為流動(dòng)狀態(tài)。作為天然地基，很難滿足強(qiáng)度和變形的要求，需要采用一定的地基處理方法進(jìn)行處理，以提高地基強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

1 軟基處理分類

地基處理的目的是利用置換、擠密、排水、膠結(jié)、加筋等方法，對(duì)地基土進(jìn)行加固，以提高地基土的抗剪強(qiáng)度、改善地基土壓縮性和滲透性增大地基的承載能力。加固原理如下：

置換法是指將基礎(chǔ)底面下處理范圍內(nèi)軟弱土層部分或全部挖除，再分層置換物理力學(xué)性質(zhì)較好的巖土材料，并加工夯實(shí)、密實(shí)作為墊層。其作用是提高基礎(chǔ)地基承載力，減小基礎(chǔ)沉降量，加速基土排水固結(jié)。

排水固結(jié)法是指軟土地基中設(shè)置水平和豎向排水系統(tǒng)，改變地基原有排水邊界條件，在荷載作用下，土中孔隙水慢慢排出，孔隙比減小，地基發(fā)生固結(jié)變形，提高地基承載力，減小工后沉降。

膠結(jié)：向土體中拌（灌）入水泥、石灰或者其他化學(xué)固化漿材，使其在地基中形成增強(qiáng)體，以達(dá)到地基處理的目的，主要方法有深層攪拌法、高壓噴射注漿法、擠密灌漿法。

擠（振）密原理：采用擠（振）密方法使地基土的空隙減少、密實(shí)度增加，以達(dá)到提高地基承載力和減小沉降的目的;加筋原理：將強(qiáng)度高、模量大的筋材（如土工格柵、土工織物等），加在軟弱地基中形成復(fù)合體。當(dāng)受到外力時(shí)，筋材與周邊土體發(fā)生相對(duì)位移，存在于兩種材料表面的咬合力和摩擦阻力（即將側(cè)壓力增加到土體上）在阻止土體側(cè)移時(shí)，對(duì)土體力學(xué)性能進(jìn)行一定程度的改善，進(jìn)一步提升土體承載力以及強(qiáng)度[2]。

2 素混凝土樁復(fù)合地基法

素混凝土樁是復(fù)合地基的一種，是在碎石樁中加入適量中砂、水泥，并用水將其攪拌，形成一種粘結(jié)度高的剛性樁體。其作用機(jī)理為：在上部荷載作用下，素混凝土樁壓縮變形小于周圍土體變形，樁身分別向褥墊層和下臥層刺入，樁土共同承擔(dān)荷載，在褥墊層的變形調(diào)解下荷載逐漸向樁頂轉(zhuǎn)移，能有效降低復(fù)合地基總體沉降[3]。

3 工程實(shí)例

3.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

珠海濠江路道路工程位于珠海市橫琴新區(qū)橫琴口岸南側(cè)。路面結(jié)構(gòu)下素填土主要由黏性土、大量花崗巖塊石夾砂粒等組成，結(jié)構(gòu)不均勻，局部鉆孔揭露素填土層厚度達(dá)到8m。

3.2 地質(zhì)勘察

勘察場(chǎng)地內(nèi)普遍分布有海陸交互相沉積層軟土，即淤泥②1和淤泥質(zhì)土②3，其中淤泥②1埋深一般、厚度較大，其層頂埋深為0.0～22.20m（標(biāo)高-18.27～1.83m），揭露厚度1.40～24.20m，平均13.41m;其中淤泥質(zhì)土②3埋深較深、厚度較大，其層頂埋深為14.20～40.0m（標(biāo)高-36.10～-9.74m），揭露厚度1.0～30.50m，平均15.21m。由十字板剪切試驗(yàn)可知淤泥②1層原狀土抗剪強(qiáng)度Cu值為9.35～20.56kPa，平均值為14.46kPa，重塑土抗剪強(qiáng)度Cu'值為2.87～6.45kPa，平均值為4.69kPa，靈敏度St值為2.81～3.49，平均值為3.08，淤泥②1層屬中等靈敏性軟土。

根據(jù)本項(xiàng)目工程地質(zhì)勘察資料顯示，擬建場(chǎng)地下伏淤泥軟土層，該層厚度大，具高含水量、高壓縮性、大孔隙比、高靈敏度，強(qiáng)度低等特性，具流變、觸變特征，易導(dǎo)致路基沉降和失穩(wěn)，為路基軟弱下臥層，需要對(duì)其進(jìn)行處理。

3.3 方案設(shè)計(jì)

3.3.1 素混凝土樁復(fù)合地基參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)初步設(shè)計(jì)圖紙和專家評(píng)審意見，本次軟基處理采用素混凝土樁復(fù)合地基進(jìn)行軟基處理。

素混凝土樁符合地基設(shè)計(jì)參數(shù)主要有：樁長(zhǎng)、樁徑、樁距和排距、樁身混凝土強(qiáng)度、褥墊層及材料等[4]。

（1）樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)。樁長(zhǎng)是復(fù)合地基設(shè)計(jì)時(shí)首先要確定的參數(shù)，它取決于建筑物對(duì)承載力和變形的要求和土質(zhì)條件等因素。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告提供的場(chǎng)地各層土的主要工程性能指標(biāo)，本工程選取淤泥深度較大作為計(jì)算代表性鉆孔，孔口高程5.03m，樁頂標(biāo)高1.5m，樁長(zhǎng)23m，加固填土層厚度1.0m，加固淤泥層厚度21.8m。（2）樁徑設(shè)計(jì)。樁徑取決于所選用的施工設(shè)備，本工程擬采用長(zhǎng)螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混凝土成樁，設(shè)計(jì)樁徑為40cm，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)C15，水泥為強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5的普通硅酸鹽水泥。（3）樁距和排距。設(shè)計(jì)根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告提供的場(chǎng)地各層土的主要工程性能指標(biāo)及設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)和樁徑，本工程擬采用正方形方式布樁，樁距為1.8m，面積置換率4.78%。（4）褥墊層設(shè)計(jì)。褥墊層保證樁和土共同承擔(dān)荷載，褥墊層材料宜用中砂、粗砂、級(jí)配砂石或碎石等透水性材料，厚度宜為15～30cm。本工程樁頂通過擴(kuò)大頭C25混凝土樁帽連接，并在樁帽頂部鋪設(shè)30cm碎石+20cm土工格室（充填20cm厚碎石）。

3.3.2 單樁承載力特征值

根據(jù)規(guī)范，按下式計(jì)算單樁承載力特征值（樁徑d=0.4m）：

Ra=Up？撞qsili+？琢Apfak

式中：Up-樁周長(zhǎng);Ap-樁截面積;？琢-樁端天然地基上的承載力折減系數(shù)，取0.8;qsi-樁周側(cè)阻力特征值;fak-樁端天然地基上的承載力特征值。

根據(jù)鉆孔資料可以得知，填筑土層的樁長(zhǎng)為1.0m，淤泥層的樁長(zhǎng)為21.8m，淤泥層的承載力為50kPa，則計(jì)算單樁承載力Ra=237.8kN。

3.3.3 復(fù)合地基承載力特征值

fsp.k=Ra.m/Ap+？茁（1-m）fsk

式中：fsp.k-復(fù)合地基承載力特征值;fsk-樁間土承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa），取50kPa;M-樁土置換率;Ap-樁體橫截面積（m2）;？茁-樁間土承載力拆減系數(shù)，取0.8;Ra-單樁豎向承載力（kN）;通過計(jì)算，復(fù)合地基承載力特征值為：fspk=130.6kPa。

3.3.4 沉降量計(jì)算

《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T D31-02-2013）中指出，在荷載作用下復(fù)合地基總沉降量s包含兩部分（褥墊層的變形量很小，可以忽略不計(jì)）：地基加固區(qū)沉降S1計(jì)算和加固區(qū)下臥層沉降S2，即s=S1+S2。

加固區(qū)壓縮量S1的計(jì)算方法有應(yīng)力修正法、樁身壓縮法、復(fù)合模量法等，素混凝土樁復(fù)合地基處理深厚軟土地基設(shè)計(jì)時(shí)采用較為簡(jiǎn)單易行的復(fù)合模量法計(jì)算，該方法將復(fù)合地基加固區(qū)中樁體和原地基土兩部分看作一個(gè)整體——復(fù)合土體，采用復(fù)合壓縮模量來表述復(fù)合土體的壓縮性，將加固區(qū)土層分成n層，采用分層總和法計(jì)算。加固區(qū)壓縮量S1為素混凝土樁復(fù)合地基處理深厚軟土地基設(shè)計(jì)時(shí)采用

（1）復(fù)合地基的加固區(qū)最終變形按下式計(jì)算：

S1式中：？駐pi-第i層土的平均附加應(yīng)力增量;Li-第i層土的厚度;m-復(fù)合地基置換率;？追si-復(fù)合地基加固區(qū)復(fù)合土層壓縮變形量計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，根據(jù)復(fù)合地基類型、地區(qū)實(shí)測(cè)資料及經(jīng)驗(yàn)確定，取值1.0;Espi-第i層復(fù)合土體的壓縮模量;Epi-第i層樁體的壓縮模量，取值Ep=83.4qu;Es-第i層樁間土的壓縮模量，可取天然地基壓縮模量;？駐p-樁頂附加應(yīng)力（kPa），主要包括：道路行車荷載、道路結(jié)構(gòu)層、路基土、褥墊層等荷載，取70kPa。

經(jīng)過計(jì)算復(fù)合地基加固區(qū)的最終變形S1=46.3mm。

（2）復(fù)合地基加固區(qū)下臥層的沉降S2可按現(xiàn)行《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007）的有關(guān)規(guī)定計(jì)算，采用各向同性均質(zhì)線性變形體理論。其最終變形量可按下式進(jìn)行計(jì)算。

式中：s-地基最終變形量（mm）;s′-按分層總和法計(jì)算出的地基變形量（mm）;？鬃s-沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù);n-地基變形計(jì)算深度范圍內(nèi)所劃分的圖層數(shù);p0-相應(yīng)于作用的準(zhǔn)永久組合時(shí)基礎(chǔ)底面處的附加壓力（kPa）;Esi-基礎(chǔ)底面下第i層圖的壓縮模量（MPa）;zi、zi-1-基礎(chǔ)底面至第i層圖、第i-1層土底面的距離（m）;i、i-1-基礎(chǔ)底面計(jì)算點(diǎn)至第i層圖、第i-1層土底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)，可按本規(guī)范附錄K采用。

根據(jù)規(guī)范中表5.3.5和附錄K，按照上述計(jì)算公式，可得下臥土層壓縮變形量S2=196.5mm。

（3）地基總沉降量計(jì)算

綜上所述，本項(xiàng)目復(fù)合地基加固區(qū)沉降量S1=46.3mm，下臥層的沉降量S2=196.5mm，則總沉降量為S=S1+S2=242.8mm<500mm。

4 結(jié)束語

素混凝土樁復(fù)合地基能較大地提供地基承載力，地基變形較小，施工工藝成熟，既方便又快捷，同時(shí)具有一定的成本優(yōu)勢(shì)。本文通過介紹素混凝土樁在珠海橫琴軟基處理的應(yīng)用，以期為市政設(shè)計(jì)同行提供一些思路和方法。

參考文獻(xiàn)：

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